1 简介

最佳的飞行员-飞机互动一直被认为是实现有效操作性能的基石，同时在任务或使命中保持高水平的安全。随着飞行任务越来越复杂，越来越多的信息到达机组成员手中。市场上有新的技术解决方案，任务中的表现是可以衡量的。当考虑到基于神经科学进步的人机互动时，就有可能衡量和评估任何人机接口（HMI）的有效性。为了支持空勤人员的表现，必须利用现有的创新，如数据融合或人工智能（AI）辅助决策和任务管理，以成功执行军事任务。人工智能和大数据管理与机器学习相结合，是改善和运行现代作战场景的关键因素。以网络为中心的综合武器系统为联合部队指挥官提供了灵活性，有助于当前和即将到来的联合任务的成功。

在联合行动中，当两个或更多的国家使用所有可用的领域时，尽可能快速有效地利用所有的资产和能力，以获得战斗空间的最佳总体情况将是至关重要的。因此，解决和验证为机组人员优化的下一代驾驶舱的创建是很重要的。先进的指挥和控制系统，为执行任务提供安全和可互操作的支持，将确保获得一个综合和同步的系统，并将实现战场上的信息优势。在未来，各级指挥官对战场的可视化和理解方式，利用某些辅助手段来指导和引导他们的部队，将成为胜利的决定因素。

2 行动背景

根据JAPCC在2021年发布的联合全域作战传单，全域作战包括 "快速处理数据和管理情报，以及实现高效作战所需的技术能力和政策，包括所有贡献的资产"。其他北约出版物使用术语多域作战（MDO），主要描述任务环境的相同挑战。找到一个连贯的、共同使用的术语是不断发展的，但它不会改变HMI定义背后的含义。此外，重要的是开发一个连接的、复杂的接口，能够协助指挥官和他们的下属军事人员同时和毫不拖延地分享信息，并迅速做出决定和采取行动。

正如Todd Prouty在他的一篇文章中所认识到的，"联合全域指挥与控制（JADC2）正在形成，成为连接行动的指导性概念"，"将使用人工智能和机器学习，通过以机器速度收集、处理和计算大量的数据来连接联合部队"。两种类型的态势感知（SA）都同样重要，因为它们不仅可能影响任务的成功完成，甚至还可能影响战略层面的意图。定义SA的最简单方法是对周围环境的彻底了解。战术上的SA意味着机组人员知道这个场景，知道自己在任务中的任务和角色，以及所有参与同一行动区域的部队。他们知道如何飞行任务，也知道成功或失败的目的和后果。飞行SA主要关注的是飞行的性能和参数，空间和时间上的位置，以及飞机的性能。这两个SA是不同的，需要在飞行过程中不断监测。通常情况下，两者在任务的不同阶段需要不同程度的关注，如果有能力的话，可以由机组成员共享。一些技术上的改进可以只提高一个SA，但最好是同时提高两个SA，以满足要求并提高整体SA。这些发展也必须支持战略层面的意图，并提供其在决策过程中需要的SA。

现代机体和驾驶舱应支持机组人员的机载工作量，战斗飞行员需要这种支持以保持有效。这可以通过人工智能自动管理，使机组人员能够将更多的精力放在他们的任务和使命上。可以说，用算法来增强机体的基本需要，以补充机组人员处理飞行期间增加的信息流的能力。

在开展行动期间，预计情况可能会迅速变化，指挥官必须立即采取行动，重新安排部队的任务。在地面或飞行中，飞行员可能会在短时间内收到一个新的任务。这个新命令不应该被格式化为纯粹的基本信息；当整个更新包也能被可视化时，支持将是最佳的。一个例子是数字移动地图系统，它描述了关于友军和敌军的详细信息，包括协调信息。当飞行员改变飞行计划时，驾驶舱及其所有设置都将自动更新。正如《国防杂志》所指出的，"从无限的资源中收集、融合和分析数据，并将其转化为可操作的情报传递到战术边缘的能力，需要前所未有的移动处理能力"。为了符合这些要求，推动下一代人机接口的整合应该在所有现代驾驶舱中实现标准化。

HMI-Cockpit的演变。左至右：Ramon Berk, Comando Aviazione dell'Eercito, Leonardo

3 优化民用飞机的人机接口

值得注意的是，最近飞机驾驶舱的技术发展已经出现了巨大的转变。在短短几年内，驾驶舱已经从带有模拟象限的 "经典飞行甲板 "过渡到现代的 "玻璃驾驶舱"，其中经典的仪表通过复杂的多功能显示器呈现。大多数信息在仪表、飞行管理系统和自动驾驶功能之间是相互联系的。在现代驾驶舱中，传统的 "旋钮和表盘 "已经被抛弃，取而代之的是电子可重新配置的显示器和多功能可重新配置的控制，即所谓的 "软键"。

传统上，驾驶舱设计和信息显示方式的发展是由安全和性能提升驱动的，而现在似乎更多的是由效率和竞争力标准驱动。5例如，在全状态操作和创新驾驶舱基础设施（ALICIA）项目中，来自14个国家的41个合作伙伴正在合作进行研究和开发活动，旨在实现一个能够提供全状态操作的驾驶舱系统。考虑到在不久的将来商业航班数量的增加，该项目旨在通过使用新的操作概念和驾驶舱设计来实现更高水平的效率和竞争力。

ALICIA承诺新的解决方案能够为机组人员提供更大的SA，同时减少机组人员的工作量并提高整个飞机的安全性。这是对HMI概念的彻底反思，寻求技术的整体整合。在设想的概念中，ALICIA利用多模态输入/输出设备，提供一个集成在增强的机组接口中的全条件操作应用程序。

4 优化军用飞机的人机接口

改进军用飞机的人机接口是一项更为复杂的任务。与商业飞行相比，需要分析的情况很多，也更复杂。在军用驾驶舱中，与飞行本身相关的任务与完成战斗任务所需的任务合并在一起，而且往往是在危险地区和退化的环境中飞行。此外，军用飞机配备了更多的设备，旨在处理综合战斗任务和军备系统管理。

军事飞行的典型任务可分为两类：

驾驶和导航：在整个飞行过程中执行。
战斗任务：只在飞行任务的某些阶段执行。

当战斗任务发生时，它们必须与驾驶和导航任务同时进行，这是军事和商业航空的主要区别。根据自己的经验，军事飞行员必须判断在任何特定的飞行阶段哪一个是优先的。因此，他们将大部分资源用于该任务，而将那些经常被误认为不太重要的任务留给机载自动系统或利用他们的注意力的残余部分来完成。

不幸的是，军事飞行在任务、风险、威胁、持续时间、天气条件等方面的复杂性和不可预测性，常常使机组人员很容易超过他们的个人极限。一旦发生这种情况，风险是任务无法完成，甚至可能被放弃。在最坏的情况下，飞机和机组人员可能会丢失，或者机组人员可能会在没有适当或最佳SA的情况下采取行动，导致附带损害的风险增加。

新兴和颠覆性的技术可以改善未来军用飞机上的人机接口。它们可以引入基于人工智能、深度学习或实时卷积神经网络（RT/CNN）的新解决方案，以整合新的能力，如具有认知解决方案的系统。作为一个例子，认知人机接口和互动（CHMI2）的发展和演变，用于支持多个无人驾驶飞行器的一对多（OTM）概念中的自适应自动化，也可以被利用来支持完成 "军事驾驶舱的多项任务 "的自适应自动化。

同样地，研究和开发CHMI2来监测飞行员的认知工作量并提供适当的自动化来支持超负荷的机组。这些先进的系统应该能够阅读到达驾驶舱的命令，分析相关的威胁，并提出最 "适合任务 "的任务简介和操作概念。同时，它们应该计算所有任务所需的数据，如燃料消耗、目标时间、"游戏时间"、路线、战斗位置、敌人和友军的部署、武器系统和弹药的选择、附带损害估计以及适当的交战规则等。然后，考虑到船员的认知状态，将动态地选择自动化水平和人机接口格式及功能。

在2009年的一项研究中，Cezary J. Szczepanski提出了一种不同的HMI优化方法，其依据是任务成功的关键因素是飞机操作员的工作量。如果工作量超过了一个特定的限度，任务就不能成功完成。因此，他提出了一种客观衡量机组人员在执行任务期间的工作量的方法；具体来说，就是在设计人机接口时，要确保即使在最坏的情况下，工作量也不能超过人类操作员的极限。

将近11年后的2020年，北约科技组织成立了一个研究小组，以评估空勤人员是否有能力执行其分配的任务，并有足够的备用能力来承担额外的任务，以及进一步应对紧急情况的能力。该小组旨在确定和建立一种基于具体指标的实时客观方法，以评估人机接口的有效性。

通过对神经生理参数的实时测量来评估认知状态，有望支持新形式的适应性自动化的发展。这将实现一个增强的自主水平，类似于一个虚拟的机载飞行员，这将协助机组人员进行决策，并将他们从重复性的或分散注意力的任务中解放出来。自适应自动化似乎是实现最佳人机接口的一个重要组成部分。它有望支持高水平的自主性，以减少人类的工作量，同时保持足够的系统控制水平。这在执行需要持续工作量的任务时可能特别重要。这预示着要全面分析与自主决策机相关的伦理和道德问题。然而，这已经超出了本文的范围。

5 建议

未来的战斗将变得越来越快节奏和动态。新兴的和颠覆性的技术有望彻底改变各级指挥官计划和实施战场行动的方式。人工智能、机器学习、增强的指挥和控制系统以及先进的大数据管理将大大有利于指挥官，改善SA，并极大地加快决策过程。现代军队设想未来的行动是完全集成的、连接的和同步的，这催生了MDO概念，以完善指挥官在多个领域快速和有效地分派/重新分派所有部队的能力。

在概念和规划阶段的这种明显的动态性也必须反映在执行阶段。因此，必须假定，虽然指挥官能够在很少或没有事先通知的情况下重组和重新分配部队任务，但机组人员也必须能够快速、有效和安全地处理和执行这些新命令，很少或没有时间进行预先计划或排练。

这些新要求无疑将影响下一代军用飞机驾驶舱的设计和开发。有必要采用一种新的方式来构思下一代人机接口，更加关注飞行员的真正认知能力。此外，需要新的解决方案来为机组人员提供更大的安全空间，同时将他们的工作量减少到可以接受的最大水平，使他们保持高效。他们应该结合任务优先级原则，审慎地考虑机组人员可以将哪些任务交给自主程序或系统。

本文重点讨论了空中力量和飞行员在飞机上的工作量。可以预见，在现代情况下，所有平台都将面临同样的挑战。在行动的各个层面，所有的军事人员都应该发展一种新的思维方式，以反映人机接口的更多整合和使用。要做到这一点，需要重新认识到人的因素的重要性。与民用航空类似，北约将需要制定和采用新的标准来指导未来军用航空接口的设计。人机接口的改进必须包括所有的航空任务，并着重于实现实时规划和执行。如果不仔细关注军事飞行员所面临的压力，人机接口的改进只会让飞行员更加安全，而在任务执行过程中的效率却没有类似的提高。开发通过实时测量神经生理参数来评估机组人员的认知状态的方法，以及随后开发新形式的适应性自动化，对于实现符合未来战场要求的人机接口至关重要。

作者

Imre Baldy，中校，于1988年加入匈牙利国防军，并在匈牙利的'Szolnok'军事航空学院开始了他的军事教育。1992年，他作为武器操作员/副驾驶获得了第一个少尉军衔。1997年，他得到了他的第一个更高级别的任命，他加入了位于韦斯普雷姆的匈牙利空军参谋部，在那里他获得了国际关系和空军防御规划方面的经验。2007年，他被调到塞克斯费厄尔，在那里建立了新的匈牙利联合部队司令部。除与直升机业务有关的其他职责外，他还负责空军的短期规划。他曾驾驶过米24、米8和AS-350直升机。从2018年7月开始，他成为JAPCC的载人空中/攻击直升机的SME。

利维奥-罗塞蒂，中校，于1993年在意大利军队中被任命为步兵军官。三年后，他转入陆军航空学校，并于1998年毕业，成为一名旋翼机飞行员。他曾担任过排长、中队指挥官和S3小组长。他曾驾驶过通用直升机。AB-206，AB-205，AB-212，AB-412，以及AW-129 Mangusta战斗直升机。他曾多次作为机组成员或参谋被部署到巴尔干半岛（阿尔巴尼亚，科索沃），中东（黎巴嫩，伊拉克）和中亚（阿富汗）。他还是一名合格的CBRN（化学、生物、辐射和核）专家，一名空中机动教官，他目前驻扎在JAPCC，担任战斗航空处的空地行动SME。